Обоснование необходимости проведения исследований. Факторы, влияющие на экономичность тепловозов, страница 3

На большинстве тепловозов охлаждение надувочного воздуха включено в контур охлаждения масла и не имеет автоматического регулирования. Между тем, по условиям экономичной работы дизеля, требования по охлаждению воздуха несовместимы с требованиями по охлаждению масла. При работе под нагрузкой температура воздуха должна быть по возможности ниже, а на холостом ходу и малых нагрузках – выше.

Создание отдельного контура для охлаждения наддувочного воздуха и автоматизация по поддержанию оптимальных его температур в соответствии с нагрузкой позволят повысить индикаторный КПД дизеля. На дизелях с газотурбинным наддувом охлаждение выпускного коллектора приводит к необратимым потерям тепловой энергии. Применение неохлаждаемого коллектора повышает располагаемую энергию выпускных газов перед турбиной турбокомпрессора, что увеличивает подачу воздуха в цилиндры дизеля, коэффициент избытка воздуха для сгорания топлива и индикаторный КПД дизеля.

По мере повышения давления наддува переходный процесс дизеля по мере приема нагрузки все более ухудшается. Это объясняется тем, что, во-первых, высоким быстродействием системы автоматического регулирования подачи топлива в цилиндры, вследствие чего цикловая подача топлива быстро увеличивается; во-вторых, система воздухоснабжения дизеля обладает инерционностью и требуется сравнительно большое время на выход ротора турбокомпрессора по заданной частоте вращения на требуемый режим подачи воздуха. В результате происходит рассогласование в подаче воздуха и топлива в цилиндры дизеля, что приводит при приеме нагрузки к значительному уменьшению коэффициента избытка воздуха для сгорания, следствием чего является повышенное дымление и понижение индикаторного КПД дизеля. Поэтому внедряют систему объединенного регулирования, предусматривающую коррекцию цикловой подачи топлива в соответствии с давлением наддува.

Известно, что увеличение индикаторного КПД дизеля возможно при повышении давления и температуры газа в цилиндре. Практически эти параметры ограничены предельной тепловой и механической напряженностью деталей цилиндропоршневой группы дизеля, то есть их надежностью.

Техническое состояние и качество регулирования топливной аппаратуры также оказывает влияние на экономичность силовой установки. Цикловая подача топлива (по массе) определяет количество располагаемого тепла, которое вносится в цилиндр с топливом и в результате осуществления рабочего цикла преобразуется в индикаторную работу. При недостаточной цикловой подаче не может быть получена необходимая мощность, а при избыточной подаче возможны тепловые и механические перегрузки цилиндров дизеля. Регулировка топливных насосов имеет целью, во-первых, обеспечить цикловую подачу топлива в количествах, необходимых для реализации установленной мощности дизеля, и, во-вторых, равномерность подачи топлива по цилиндрам. Последнее необходимо по условиям достижения наилучшей экономичности и устранения перегрузок цилиндров. При увеличении цикловой подачи по сравнению средним ее значением коэффициент избытка воздуха α для сгорания топлива в цилиндре уменьшается на Δα, а индикаторный КПД понижается на большую величину, чем он повышается при равновеликом уменьшении цикловой подачи. Поэтому при равномерной цикловой подаче топлива по цилиндрам достигается наилучшая экономичность. Угол опережения подачи топлива в цилиндр влияет на величину индикаторного КПД дизеля, наибольшее давление сгорания и температуру отработавших газов. Чем больше будет период задержки воспламенения, тем больше топлива будет скапливаться в цилиндре к моменту воспламенения и тем больше будет выделяться тепловой энергии в начальный период горения, в результате чего давление сгорания будет увеличиваться. Чрезмерное увеличение этого периода может привести к тому, что начало горения будет перемещаться на такт расширения и в последующем может совсем не произойти воспламенение топлива. Увеличение угла опережения подачи топлива в небольших пределах сопровождается тем, что топливо впрыскивается на такте сжатия в среду с меньшими давлениями и температурой, что увеличивает период задержки воспламенения и приводит к росту давления сгорания.

Рассмотренные факторы свидетельствуют об имеющихся возможностях усовершенствования перевозочного процесса и модернизации дизеля 10Д100М.  Основные мероприятия по повышению топливной экономичности приведены в графической части проекта на листе 1.